KR101353583B1 - 매입형 영구자석 동기 전동기의 파라미터 추정을 이용한 속도 제어 장치 및 방법 - Google Patents

매입형 영구자석 동기 전동기의 파라미터 추정을 이용한 속도 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 매입형 영구자석 동기 전동기의 변동하는 고정자 저항과 인덕턴스의 파라미터를 실시간으로 추정하여 제어의 효율성을 높일 수 있는 매입형 영구자석 동기 전동기의 파라미터 추정을 이용한 속도 제어 장치를 제공한다.
본 발명의 매입형 영구자석 동기 전동기의 파라미터 추정을 이용한 속도 제어 방법은, 상기 전동기의 전압을 검출하는 전압센서로부터 출력되는 2상 실제치 전압을 이용하여 일정 토크 운전 구간에서 2상 인덕턴스를 추정하고, 추정된 2상 인덕턴스 추정치를 출력하는 인덕턴스 추정 단계; 및 상기 2상 인덕턴스 추정치가 출력되면, 상기 전압센서로부터 출력되는 2상 실제치 전압과, 상기 3/2상전류변환기로부터 출력되는 2상 실제치 전류를 이용하여 고정자 저항값을 추정하고, 추정된 고정자 저항 추정치를 계산하여 출력하는 고정자 저항 추정 단계를 포함한다.

Description

매입형 영구자석 동기 전동기의 파라미터 추정을 이용한 속도 제어 장치 및 방법{SPEED CONTROLLER USING PARAMETER ESTIMATION OF INTERIOR PERMANENT MAGNET SYNCHRONOUS MOTOR AND ITS METHOD}
본 발명은 영구자석 동기 전동기의 파라미터 추정을 이용한 속도 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 매입형 영구자석 동기 전동기의 파라미터 추정을 이용한 속도 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
영구자석이 회전자 내부에 장착된 매입형 영구자석 동기전동기는 위치에 따라 쇄교자석의 크기가 달라지기 때문에 돌극성이 생기고 인덕턴스값이 위치에 따라 변한다.
매입형 영구자석 동기 전동기의 효율적인 운전을 위해 자속을 기준으로 하는 벡터 제어 기법이 활용될 수 있다. 벡터 제어는 기준 자속을 파악하기 위한 위치 센서의 필요성이 크지만, 위치 센서는 밀폐되어 고온으로 상승하는 압축기 환경에서 신뢰성이 떨어지고, 위치 센서 설치에 따른 가격 상승은 제조자에게 부담이 될 수밖에 없다. 따라서 매입형 영구자석 동기 전동기의 구동을 위해 센서리스 제어 기법이 폭 넓게 활용되고 있다.
매입형 영구자석 동기 전동기는 파라미터에 대한 설계치가 존재하지만, 설계 수치는 오랜 시간에 걸쳐 비교적 단조로운 상승 또는 하강이 일어나는 자연 현상의 변화인 경년 변화, 제작 공차 및 동작 조건 차이 등으로 인하여 실제 전동기의 파라미터와 차이를 보이게 된다. 예컨대, 전압 방정식을 이용한 센서리스 기법은 회전자 자속의 위치를 파악하는 과정에 동기 전동기의 파라미터를 사용하므로, 센서리스 제어에 사용되는 파라미터의 오차는 위치 추정 성능에 영향을 준다. 즉 파라미터 오차가 동기 전동기의 제어 성능 저하로 이어질 수 있으므로, 센서리스 운전에서 정확한 파라미터를 확보하는 것은 매우 중요하다.
센서리스 운전에 사용되는 전압 방정식은 영구자석의 자속과 일치하는 d축과 그에 직교하는 q축에 대한 방정식이므로, 전압 방정식의 파라미터를 얻기 위해서는 실제 회전자 자속의 위치를 먼저 파악해야 한다.
하지만, 정확한 파라미터를 모르는 상황에서 센서리스 제어를 통해 추정한 d축의 위치는 신뢰할 수 없고, d축에 대한 위치 오차는 상 전류의 d-q축 변환 과정에서 전류의 오차로 반영되어 전압 방정식을 이용한 파라미터의 추정에 오차로 작용할 수밖에 없다.
예컨대, 등록특허 10-1001286호(매입형 영구자석 전동기의 센서리스 제어방법)는 전동기의 역기전력을 추정하고, 이에 탄젠트 값을 취하여 전동기의 위치를 추정하는 방식의 센서리스 제어방법을 제시하고 있고, 등록특허 10-1184844호(영구자석 동기 전동기의 센서리스 제어장치)는 속도를 추정하는 방식의 센서리스 제어방법을 제시하고 있다.
따라서 전동기의 속도를 검출하면서 매입형 영구자석 동기 전동기의 파라미터를 보다 정확하고 신뢰성 있게 추정하는 것이 제어의 효율성을 훨씬 더 높일 수 있다.
본 발명은 매입형 영구자석 동기 전동기의 변동하는 고정자 저항과 인덕턴스의 파라미터를 실시간으로 추정하여 제어의 효율성을 높일 수 있는 매입형 영구자석 동기 전동기의 파라미터 추정을 이용한 속도 제어 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일측면에 따르면, 매입형 영구자석 동기 전동기의 파라미터 추정을 이용한 속도 제어 장치는, 인가되는 지령치 속도와 속도 센서에 의해 검출된 실제치 속도와의 차이를 속도편차값으로 출력하는 속도편차출력기; 상기 속도편차출력기로부터 출력되는 속도편차값을 비례 적분하여 고정자 지령치 전류를 출력하는 속도 제어기; 상기 속도 제어기로부터 출력되는 상기 고정자 지령치 전류의 구간에 따라 최대토크 제어기법 또는 약계자 제어기법을 이용하여 2상 지령치 전류를 출력하는 구간별 모드 제어기; 상기 구간별 전류 제어기로부터 출력되는 상기 2상 지령치 전류와 2상 실제치 전류의 차이를 지령치 전류 오차값으로 출력하는 지령치전류오차출력기; 상기 지령치전류오차출력기로부터 출력되는 지령치 전류 오차값을 비례 적분하여 2상 지령치 전압을 출력하는 전류 제어기; 상기 전류 제어기로부터 출력되는 2상 지령치 전압과 2상 피드포워드 전압 보상분을 가산하여 2상 지령치 보상 전압을 출력하는 지령치전압계산기; 상기 지령치전압계산기로부터 출력되는 2상 지령치 보상 전압을 3상 지령치 보상 전압으로 변환하여 출력하는 2/3상전압변환기; 상기 2/3상전압변환기로부터 출력되는 3상 지령치 보상 전압에 기반한 구동전류를 매입형 영구자석 동기 전동기에 인가하는 전압제어인버터; 상기 매입형 영구자석 동기 전동기에 인가되는 3상 전류를 2상 실제치 전류로 변환하는 3/2상전류변환기; 상기 매입형 영구자석 동기 전동기의 검출 전압을 2상 실제치 전압으로 변환하여 출력하는 전압센서; 상기 전압센서로부터 출력되는 2상 실제치 전압을 이용하여 일정 토크 운전 구간에서 2상 인덕턴스를 추정하고, 추정된 2상 인덕턴스 추정치를 출력하는 인덕턴스 추정기; 및 상기 인덕턴스 추정기로부터 2상 인덕턴스 추정치가 출력되면, 상기 전압센서로부터 출력되는 2상 실제치 전압과, 상기 3/2상전류변환기로부터 출력되는 2상 실제치 전류를 이용하여 고정자 저항값을 추정하고, 추정된 고정자 저항 추정치를 출력하는 고정자 저항 추정기를 포함한다.
또한, 본 발명의 인덕턴스 추정기는, 상기 전압 센서로부터 출력되는 d축 전압값과 d축 전압 지연값의 편차를 d축 전압 편차로 출력하는 d축 전압 편차 출력기; 상기 전압 센서로부터 출력되는 q축 전압값과 q축 전압 지연값의 편차를 q축 전압 편차로 출력하는 q축 전압 편차 출력기; 상기 속도 센서로부터 출력되는 속도값과 속도 지연값의 편차를 속도 편차로 출력하는 속도 편차 출력기; 상기 d축 전압 편차 출력기로부터 출력되는 d축 전압 편차, 상기 속도 편차 출력기로부터 출력되는 속도 편차, 그리고 상기 3/2상전류변환기로부터 출력되는 q축 전류를 입력받아 q축 인덕턴스 추정치를 계산하여 출력하는 q축 인덕턴스 추정치 계산기; 및 상기 q축 전압 편차 출력기로부터 출력되는 q축 전압 편차, 상기 속도 편차 출력기로부터 출력되는 속도 편차, 그리고 상기 3/2상전류변환기로부터 출력되는 d축 전류를 입력받아 d축 인덕턴스 추정치를 계산하여 출력하는 d축 인덕턴스 추정치 계산기를 포함한다.
또한, 본 발명의 고정자 저항 추정기는, 상기 전압센서로부터 출력되는 d축 고정자 전압을 입력받아 d축 전류 추정치를 출력하는 d축 기준 모델; 상기 전압센서로부터 출력되는 q축 고정자 전압을 입력받아 q축 전류 추정치를 출력하는 q축 기준 모델; 상기 3/2상전류변환기로부터 출력되는 d축 전류 실제치와 상기 d축 기준 모델로부터 출력되는 d축 전류 추정치의 편차를 d축 전류 편차값으로 출력하는 d축 전류 편차 출력기; 상기 3/2상전류변환기로부터 출력되는 q축 전류 실제치와 상기 q축 기준 모델로부터 출력되는 q축 전류 추정치의 편차를 q축 전류 편차값으로 출력하는 q축 전류 편차 출력기; 상기 d축 전류 편차 출력기로부터 출력되는 d축 전류 편차값, 상기 q축 전류 편차 출력기로부터 출력되는 q축 전류 편차값, 상기 d축 기준 모델로부터 출력되는 d축 전류 추정치, 상기 q축 기준 모델로부터 출력되는 q축 전류 추정치를 입력받아 고정자 저항 추정치를 계산하여 출력하는 MRAS 파라미터 추정기를 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 매입형 영구자석 동기 전동기의 파라미터 추정을 이용한 속도 제어 방법은, 전동기의 전압을 검출하는 전압센서로부터 출력되는 2상 실제치 전압을 이용하여 일정 토크 운전 구간에서 2상 인덕턴스를 추정하고, 추정된 2상 인덕턴스 추정치를 출력하는 인덕턴스 추정 단계; 및 상기 2상 인덕턴스 추정치가 출력되면, 상기 전압센서로부터 출력되는 2상 실제치 전압과, 상기 3/2상전류변환기로부터 출력되는 2상 실제치 전류를 이용하여 고정자 저항값을 추정하고, 추정된 고정자 저항 추정치를 계산하여 출력하는 고정자 저항 추정 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 인덕턴스 추정 단계는, 전압 센서로부터 출력되는 d축 전압값과 d축 전압 지연값의 편차를 d축 전압 편차로 출력하는 d축 전압 편차 출력 단계; 상기 전압 센서로부터 출력되는 q축 전압값과 q축 전압 지연값의 편차를 q축 전압 편차로 출력하는 q축 전압 편차 출력 단계; 상기 전압 센서로부터 출력되는 속도값과 속도 지연값의 편차를 속도 편차로 출력하는 속도 편차 출력 단계; 상기 d축 전압 편차, 상기 속도 편차, 그리고 상기 전동기의 q축 전류 실제치를 입력받아 q축 인덕턴스 추정치를 계산하여 출력하는 q축 인덕턴스 추정치 계산 단계; 및 상기 q축 전압 편차, 상기 속도 편차, 그리고 상기 전동기의 d축 전류 실제치를 입력받아 d축 인덕턴스 추정치를 계산하여 출력하는 d축 인덕턴스 추정치 계산 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 고정자 저항 추정 단계는, 상기 전압센서로부터 출력되는 d축 고정자 전압을 입력받아 d축 전류 추정치를 출력하는 단계; 상기 전압센서로부터 출력되는 q축 고정자 전압을 입력받아 q축 전류 추정치를 출력하는 단계; 상기 전동기의 d축 전류 실제치와 상기 d축 전류 추정치의 편차를 d축 전류 편차값으로 출력하는 단계; 상기 전동기의 q축 전류 실제치와 상기 q축 전류 추정치의 편차를 q축 전류 편차값으로 출력하는 단계; 및 상기 d축 전류 편차값, 상기 q축 전류 편차값, 상기 d축 전류 추정치, 상기 q축 전류 추정치를 입력받아 고정자 저항 추정치를 계산하여 출력하는 단계를 포함한다.
본 발명의 매입형 영구자석 동기 전동기의 파라미터 추정을 이용한 속도 제어 장치에 따르면, 전동기의 변동하는 고정자 저항과 인덕턴스의 파라미터를 실시간으로 추정함으로써 제어의 효율성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 매입형 영구자석 동기 전동기의 속도 제어 시스템 블록 구성도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 매입형 영구자석 동기 전동기의 가변속 운전 토크-속도 곡선, 및
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 역기전력을 이용한 인덕턴스 추정기 블록 구성도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 매입형 영구자석 동기 전동기의 속도 제어 시스템 블록 구성도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 매입형 영구자석 동기 전동기의 속도 제어 시스템은, 속도편차출력기(105), 속도 제어기(110), 구간별 모드 제어기(115), 지령치전류오차출력기(120), 전류 제어기(125), 지령치전압계산기(130), 2/3상전압변환기(135), 전압제어인버터(140), 매입형 영구자석 동기 전동기(145), 3/2상전류변환기(150), 전압센서(155), 고정자 저항 추정기(160), 및 인덕턴스 추정기(170)를 포함한다.
속도편차출력기(105)는 인가되는 지령치 속도(
Figure 112012086365690-pat00001
)와 속도 센서(미도시)에 의해 검출된 실제치 속도(
Figure 112012086365690-pat00002
)와의 차이를 속도편차값으로 출력한다.
속도 제어기(110)는 속도편차출력기(105)로부터 출력되는 속도편차값을 비례 적분하여 고정자 지령치 전류(
Figure 112012086365690-pat00003
)를 출력한다.
구간별 모드 제어기(115)는 고정자 지령치 전류(
Figure 112012086365690-pat00004
)의 구간에 따라 최대토크 제어기법 또는 약계자 제어기법을 이용하여 2상 지령치 전류(
Figure 112012086365690-pat00005
,
Figure 112012086365690-pat00006
)를 출력한다.
지령치전류오차출력기(120)는 2상 지령치 전류(
Figure 112012086365690-pat00007
,
Figure 112012086365690-pat00008
)와 2상 실제치 전류(
Figure 112012086365690-pat00009
,
Figure 112012086365690-pat00010
)의 차이를 지령치 전류 오차값으로 출력한다.
전류 제어기(125)는 지령치전류오차출력기(120)로부터 출력되는 지령치 전류 오차값을 비례 적분하여 2상 지령치 전압(
Figure 112012086365690-pat00011
,
Figure 112012086365690-pat00012
)을 출력한다.
지령치전압계산기(130)는 전류 제어기(125)로부터 출력되는 2상 지령치 전압(
Figure 112012086365690-pat00013
,
Figure 112012086365690-pat00014
)과 2상 피드포워드 전압 보상분(
Figure 112012086365690-pat00015
,
Figure 112012086365690-pat00016
)을 가산하여 2상 지령치 보상 전압을 출력한다.
2/3상전압변환기(135)는 지령치전압계산기(130)로부터 출력되는 2상 지령치 보상 전압을 3상 지령치 보상 전압(
Figure 112012086365690-pat00017
,
Figure 112012086365690-pat00018
,
Figure 112012086365690-pat00019
)으로 변환하여 출력한다.
전압제어인버터(140)는 2/3상전압변환기(135)로부터 출력되는 3상 지령치 보상 전압(
Figure 112012086365690-pat00020
,
Figure 112012086365690-pat00021
,
Figure 112012086365690-pat00022
)에 기반한 구동전류를 매입형 영구자석 동기 전동기(145)에 인가한다.
3/2상전류변환기(150)는 매입형 영구자석 동기 전동기(145)에 인가되는 3상 전류를 2상 실제치 전류(
Figure 112012086365690-pat00023
,
Figure 112012086365690-pat00024
)로 변환한다.
전압센서(155)는 매입형 영구자석 동기 전동기(145)의 3상 전압을 검출하고, 검출되는 매입형 영구자석 동기 전동기(145)의 전압을 2상 실제치 전압(
Figure 112012086365690-pat00025
,
Figure 112012086365690-pat00026
)으로 변환하여 출력한다.
고정자 저항 추정기(160)는 인덕턴스 추정기(170)로부터 인덕턴스 추정치가 인가되면, 전압센서(155)로부터 출력되는 2상 실제치 전압(
Figure 112012086365690-pat00027
,
Figure 112012086365690-pat00028
)과, 3/2상전류변환기(150)로부터 출력되는 2상 실제치 전류(
Figure 112012086365690-pat00029
,
Figure 112012086365690-pat00030
)를 이용하여 고정자 저항값을 추정하고, 추정된 고정자 저항 추정치(Rsest)를 출력한다.
인덕턴스 추정기(170)는 전압센서(155)로부터 출력되는 2상 실제치 전압(
Figure 112012086365690-pat00031
,
Figure 112012086365690-pat00032
)을 이용하여 일정 토크 운전 구간에서 2상 인덕턴스를 추정하고, 추정된 2상 인덕턴스 추정치(Ldest, Lqest)를 출력한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 매입형 영구자석 동기 전동기의 가변속 운전 토크-속도 곡선이다.
도 2를 참조하면, 영구자석 동기 전동기(145)의 속도범위는 기준속도 이하의 일정 토크 영역과 기준속도를 초과하는 일정 출력 영역의 두 영역으로 나누어진다.
본 발명의 일실시예에 따르면 구간별 속도 제어기(115)는 매입형 영구자석 동기 전동기(145)의 초기 가동 시 일정 토크 구간에서는 단위 전류당 최대 토크 제어기법(Maximum Torque Per Ampere: MTPA)을 적용하며, 일정 출력 구간에서는 약계자 제어기법을 적용할 수 있다. 이때 제어기법의 전환 시 발생하는 과도상태를 줄이기 위해 과변조 구간을 삽입하여 양 영역 사이의 급격한 전압 변화를 방지할 수 있다. 단위 전류당 최대 토크 제어기법 및 약계자 제어기법은 종래기술이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 역기전력을 이용한 인덕턴스 추정기 블록 구성도이다.
매입형 영구자석 동기 전동기(145)의 구동시, 일정 토크 구간에서는 본 발명의 일실시예에 따른 역기전력을 이용한 인덕턴스 추정기(160)를 사용하여 2상 인덕턴스(Ldest, Lqest)를 추정한다.
2상 고정자 전압식(Vd, Vq)은 수학식1 및 2와 같이 전개할 수 있다.
Figure 112012086365690-pat00033
Figure 112012086365690-pat00034
Figure 112012086365690-pat00035
Figure 112012086365690-pat00036
Figure 112012086365690-pat00037
Figure 112012086365690-pat00038

일정 토크 구간의 경우, 단위 전류당 최대 토크(MTPA: maximum torque per ampere) 제어기법으로 d, q 축 전류 지령을 발생시키기 때문에 전동기의 최대 토크가 발생되는 구간이다. 따라서, 전동기의 가속도 역시 최대가 되고, 수학식3과 같이 전동기 속도에 선형 비례하는 역기전력의 변동분도 최대가 된다.
Figure 112012086365690-pat00039
Figure 112012086365690-pat00040

여기서, Edemf: d축 역기전력, Eqemf: q축 역기전력,
Figure 112012086365690-pat00041
: 역기전력 상수,
Figure 112012086365690-pat00042
: 영구자석의 쇄교자속이다.
그런데, 전동기의 속도 변화(
Figure 112012086365690-pat00043
)가 유한한 값을 가지기 때문에 수학식1 및 2를 통해 d, q 축 인덕턴스를 수학식 4, 5와 같이 도출할 수 있다.
Figure 112012086365690-pat00044
Figure 112012086365690-pat00045
여기서,
Figure 112012086365690-pat00046
,
Figure 112012086365690-pat00047
,
Figure 112012086365690-pat00048
이다.
결국, 도 3은 수학식 4와 수학식 5를 구현한 블록 구성도로서, d축 전압값(Vd(k))과 d축 전압 지연값(Vd(k-1))의 편차를 출력하는 d축 전압 편차 출력기(310), q축 전압값(Vq(k))과 q축 전압 지연값(Vq(k-1))의 편차를 출력하는 q축 전압 편차 출력기(320), 속도값(w(k))과 속도 지연값(w(k-1))의 편차를 출력하는 속도 편차 출력기(330), d축 전압 편차와, 속도 편차 그리고 q축 전류를 입력받아 q축 인덕턴스 추정치를 계산하여 출력하는 q축 인덕턴스 추정치 계산기(340), q축 전압 편차, 속도 편차 그리고 d축 전류를 입력받아 d축 인덕턴스 추정치를 계산하여 출력하는 d축 인덕턴스 추정치 계산기(350)를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따라 추정된 2상 인덕턴스를 일정 토크 구간에서 최대 토크 제어를 위해 사용함으로써 단위 전류 당 최대 토크 제어 특성을 정확하게 구현할 수 있다.
본 발명에 따르면, 역기전력을 이용한 추정기법으로 추정한 인덕턴스 값 외에도 고정자 저항값을 추정하여 제어 효율을 높일 수 있다. 역기전력을 통한 추정기법과 독립적으로 MRAS(model reference adaptive system: 모델 기준 적응 시스템) 추정 기법을 이용하여 고정자 저항을 추정할 수 있다.
매입형 영구자석 동기 전동기(145)의 고정자 전압 방정식은 수학식 6과 같다.
Figure 112012086365690-pat00049
Figure 112012086365690-pat00050

위 수학식6을 상태 방정식으로 변형하면 수학식7과 같다.
Figure 112012086365690-pat00051
Figure 112012086365690-pat00052

이때, 수학식7에서의 값은 실제값이며, Rs, Ld, Lq 등도 실제값이다.
추정치를 기준으로 한 상태방정식은 수학식8과 같이 나타낼 수 있다. 수학식7에서의 Ld, Lq는 수학식4, 5를 통해 추정하였으므로, 전동기의 실제치와 같다. 따라서, 수학식7에서의 추정대상은 고정자 저항(Rs)이며, 추정치에 관한 식으로 표현하면 다음과 같다.
Figure 112012086365690-pat00053
Figure 112012086365690-pat00054

수학식7은 모델 기준 적응 시스템의 기준 모델이 되고, 이 기준 모델의 값과 수학식 8을 이용한 추정치의 오차를 이용하여 고정자 저항(Rs)을 추정할 수 있다.
이를 위하여 수학식7과 수학식8의 오차를 수학식9와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112012086365690-pat00055
Figure 112012086365690-pat00056
여기서,
Figure 112012086365690-pat00057
이다.
한편, MRAS 알고리즘은 수학식10의 포포프 적분 부등식(Popov's integral inequality)을 만족해야 한다.
Figure 112012086365690-pat00058
여기서,
Figure 112012086365690-pat00059
이고,
Figure 112012086365690-pat00060
를 적분한 값이 양(+)이 되도록 하면, 고정자 저항 추정치(Rsest)는 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112012086365690-pat00061
여기서, 수학식11의 우변 중 첫번째 항을 비례적분제어기로 구현할 수 있고, 비례적분제어기의 이득(kp, ki)을 고정자 저항의 추정 속도에 따라 가변하여 설정할 수 있음은 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사항이다.
결국, 본 발명의 일실시예에 따른 MRAS를 이용한 고정자 저항 추정기(160)는 전압센서(155)로부터 출력되는 d축 고정자 전압을 입력받아 d축 전류 추정치를 출력하는 d축 기준 모델(410), q축 고정자 전압을 입력받아 q축 전류 추정치를 출력하는 q축 기준 모델(420), d축 전류 실제치와 d축 전류 추정치의 편차를 출력하는 d축 전류 편차 출력기(430), q축 전류 실제치와 q축 전류 추정치의 편차를 출력하는 q축 전류 편차 출력기(440), d축 전류 편차값(
Figure 112012086365690-pat00062
), q축 전류 편차값(
Figure 112012086365690-pat00063
), d축 전류 추정치(
Figure 112012086365690-pat00064
), q축 전류 추정치(
Figure 112012086365690-pat00065
)를 입력받아 고정자 저항 추정치를 출력하는 MRAS 파라미터 추정기(450)를 포함한다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경의 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
105: 속도편차출력기 110: 속도 제어기
115: 구간별 모드 제어기 120: 지령치전류오차출력기
125: 전류 제어기 130: 지령치전압계산기
135: 2/3상전압변환기 140: 전압제어인버터
145: 매입형 영구자석 동기 전동기 150: 3/2상전류변환기
155: 전압센서 160: 고정자 저항 추정기
170: 인덕턴스 추정기

Claims (8)

  1. 인가되는 지령치 속도와 속도 센서에 의해 검출된 실제치 속도와의 차이를 속도편차값으로 출력하는 속도편차출력기;
    상기 속도편차출력기로부터 출력되는 속도편차값을 비례 적분하여 고정자 지령치 전류를 출력하는 속도 제어기;
    상기 속도 제어기로부터 출력되는 상기 고정자 지령치 전류의 구간에 따라 최대토크 제어기법 또는 약계자 제어기법을 이용하여 2상 지령치 전류를 출력하는 구간별 모드 제어기;
    상기 구간별 전류 제어기로부터 출력되는 상기 2상 지령치 전류와 2상 실제치 전류의 차이를 지령치 전류 오차값으로 출력하는 지령치전류오차출력기;
    상기 지령치전류오차출력기로부터 출력되는 지령치 전류 오차값을 비례 적분하여 2상 지령치 전압을 출력하는 전류 제어기;
    상기 전류 제어기로부터 출력되는 2상 지령치 전압과 2상 피드포워드 전압 보상분을 가산하여 2상 지령치 보상 전압을 출력하는 지령치전압계산기;
    상기 지령치전압계산기로부터 출력되는 2상 지령치 보상 전압을 3상 지령치 보상 전압으로 변환하여 출력하는 2/3상전압변환기;
    상기 2/3상전압변환기로부터 출력되는 3상 지령치 보상 전압에 기반한 구동전류를 매입형 영구자석 동기 전동기에 인가하는 전압제어인버터;
    상기 매입형 영구자석 동기 전동기에 인가되는 3상 전류를 2상 실제치 전류로 변환하는 3/2상전류변환기;
    상기 매입형 영구자석 동기 전동기의 검출 전압을 2상 실제치 전압으로 변환하여 출력하는 전압센서;
    상기 전압센서로부터 출력되는 2상 실제치 전압을 이용하여 일정 토크 운전 구간에서 2상 인덕턴스를 추정하고, 추정된 2상 인덕턴스 추정치를 출력하는 인덕턴스 추정기; 및
    상기 인덕턴스 추정기로부터 2상 인덕턴스 추정치가 출력되면, 상기 전압센서로부터 출력되는 2상 실제치 전압과, 상기 3/2상전류변환기로부터 출력되는 2상 실제치 전류를 이용하여 고정자 저항값을 추정하고, 추정된 고정자 저항 추정치를 출력하는 고정자 저항 추정기
    를 포함하는 매입형 영구자석 동기 전동기의 파라미터 추정을 이용한 속도 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 인덕턴스 추정기는,
    상기 전압 센서로부터 출력되는 d축 전압값과 d축 전압 지연값의 편차를 d축 전압 편차로 출력하는 d축 전압 편차 출력기;
    상기 전압 센서로부터 출력되는 q축 전압값과 q축 전압 지연값의 편차를 q축 전압 편차로 출력하는 q축 전압 편차 출력기;
    상기 속도 센서로부터 출력되는 속도값과 속도 지연값의 편차를 속도 편차로 출력하는 속도 편차 출력기;
    상기 d축 전압 편차 출력기로부터 출력되는 d축 전압 편차, 상기 속도 편차 출력기로부터 출력되는 속도 편차, 그리고 상기 3/2상전류변환기로부터 출력되는 q축 전류를 입력받아 q축 인덕턴스 추정치를 계산하여 출력하는 q축 인덕턴스 추정치 계산기; 및
    상기 q축 전압 편차 출력기로부터 출력되는 q축 전압 편차, 상기 속도 편차 출력기로부터 출력되는 속도 편차, 그리고 상기 3/2상전류변환기로부터 출력되는 d축 전류를 입력받아 d축 인덕턴스 추정치를 계산하여 출력하는 d축 인덕턴스 추정치 계산기
    를 포함하는 매입형 영구자석 동기 전동기의 파라미터 추정을 이용한 속도 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 고정자 저항 추정기는,
    상기 전압센서로부터 출력되는 d축 고정자 전압을 입력받아 d축 전류 추정치를 출력하는 d축 기준 모델;
    상기 전압센서로부터 출력되는 q축 고정자 전압을 입력받아 q축 전류 추정치를 출력하는 q축 기준 모델;
    상기 3/2상전류변환기로부터 출력되는 d축 전류 실제치와 상기 d축 기준 모델로부터 출력되는 d축 전류 추정치의 편차를 d축 전류 편차값으로 출력하는 d축 전류 편차 출력기;
    상기 3/2상전류변환기로부터 출력되는 q축 전류 실제치와 상기 q축 기준 모델로부터 출력되는 q축 전류 추정치의 편차를 q축 전류 편차값으로 출력하는 q축 전류 편차 출력기;
    상기 d축 전류 편차 출력기로부터 출력되는 d축 전류 편차값, 상기 q축 전류 편차 출력기로부터 출력되는 q축 전류 편차값, 상기 d축 기준 모델로부터 출력되는 d축 전류 추정치, 상기 q축 기준 모델로부터 출력되는 q축 전류 추정치를 입력받아 고정자 저항 추정치를 계산하여 출력하는 MRAS 파라미터 추정기
    를 포함하는 매입형 영구자석 동기 전동기의 파라미터 추정을 이용한 속도 제어 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 d축 인덕턴스 추정치(Ldest) 계산기와, 상기 q축 인덕턴스 추정치(Lqest) 계산기는 각각 다음의 수학식을 이용하여 d축 인덕턴스와 q축 인덕턴스를 계산하는 매입형 영구자석 동기 전동기의 파라미터 추정을 이용한 속도 제어 장치.
    Figure 112012086365690-pat00066

    Figure 112012086365690-pat00067

    여기서,
    Figure 112012086365690-pat00068
    ,
    Figure 112012086365690-pat00069
    ,
    Figure 112012086365690-pat00070
    임.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 MRAS 파라미터 추정기는 다음의 수학식을 이용하여 고정자 저항 추정치를 계산하는 매입형 영구자석 동기 전동기의 파라미터 추정을 이용한 속도 제어 장치.
    Figure 112013088960122-pat00071

  6. 매입형 영구자석 동기 전동기의 파라미터 추정을 이용한 속도 제어 방법에 있어서,
    3/2상전류변환기가 상기 전동기에 인가되는 3상 전류를 2상 실제치 전류로 변환하는 단계;
    상기 전동기의 전압을 검출하는 전압센서로부터 출력되는 2상 실제치 전압을 이용하여 일정 토크 운전 구간에서 2상 인덕턴스를 추정하고, 추정된 2상 인덕턴스 추정치를 출력하는 인덕턴스 추정 단계; 및
    상기 2상 인덕턴스 추정치가 출력되면, 상기 전압센서로부터 출력되는 2상 실제치 전압과, 상기 3/2상전류변환기로부터 출력되는 2상 실제치 전류를 이용하여 고정자 저항값을 추정하고, 추정된 고정자 저항 추정치를 계산하여 출력하는 고정자 저항 추정 단계
    를 포함하는 매입형 영구자석 동기 전동기의 파라미터 추정을 이용한 속도 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 인덕턴스 추정 단계는,
    상기 전압 센서로부터 출력되는 d축 전압값과 d축 전압 지연값의 편차를 d축 전압 편차로 출력하는 d축 전압 편차 출력 단계;
    상기 전압 센서로부터 출력되는 q축 전압값과 q축 전압 지연값의 편차를 q축 전압 편차로 출력하는 q축 전압 편차 출력 단계;
    상기 전압 센서로부터 출력되는 속도값과 속도 지연값의 편차를 속도 편차로 출력하는 속도 편차 출력 단계;
    상기 d축 전압 편차, 상기 속도 편차, 그리고 상기 전동기의 q축 전류 실제치를 입력받아 q축 인덕턴스 추정치를 계산하여 출력하는 q축 인덕턴스 추정치 계산 단계; 및
    상기 q축 전압 편차, 상기 속도 편차, 그리고 상기 전동기의 d축 전류 실제치를 입력받아 d축 인덕턴스 추정치를 계산하여 출력하는 d축 인덕턴스 추정치 계산 단계
    를 포함하는 매입형 영구자석 동기 전동기의 파라미터 추정을 이용한 속도 제어 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 고정자 저항 추정 단계는,
    상기 전압센서로부터 출력되는 d축 고정자 전압을 입력받아 d축 전류 추정치를 출력하는 단계;
    상기 전압센서로부터 출력되는 q축 고정자 전압을 입력받아 q축 전류 추정치를 출력하는 단계;
    상기 전동기의 d축 전류 실제치와 상기 d축 전류 추정치의 편차를 d축 전류 편차값으로 출력하는 단계;
    상기 전동기의 q축 전류 실제치와 상기 q축 전류 추정치의 편차를 q축 전류 편차값으로 출력하는 단계; 및
    상기 d축 전류 편차값, 상기 q축 전류 편차값, 상기 d축 전류 추정치, 상기 q축 전류 추정치를 입력받아 고정자 저항 추정치를 계산하여 출력하는 단계
    를 포함하는 매입형 영구자석 동기 전동기의 파라미터 추정을 이용한 속도 제어 방법.
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